TWI418061B - 具有電極墊的發光二極體 - Google Patents

Description

具有電極墊的發光二極體

本申請案主張於2009年12月14日所提出之韓國專利申請案第10-2009-0123862號之優先權與權益，其適用於此而被併入作為參照，如同完全於此提出。

本發明之實施例是有關於一種發光二極體，且特別是有關於一種具有電極墊的發光二極體。

氮化鎵(GaN)類發光二極體(light emitting diode，LED)已被應用在廣大的範圍，包括全彩色LED顯示器(full color LED display)、LED交通號誌(traffic signal)、白光LED(white LED)等。

氮化鎵類發光二極體一般由在基板上生成磊晶層而形成，例如藍寶石(sapphire)基板，且包括N型半導體層、P型半導體層以及在N型半導體層與P型半導體層之間的主動層。此外，在N型半導體層上形成N電極墊，而在P型半導體層上形成P電極墊。發光二極體電性連接至外部電源，並藉外部電源透過電極墊而運作。在此，電流直接由P電極墊通過半導體層而流至N電極墊。

一般而言，由於P型半導體層具有高電阻率(high resistivity)，電流不會平均地分佈在P型半導體層中，而會集中在P型半導體層中形成P電極墊的部份，且電流集中並流經半導體層的邊緣。這樣的電流擁擠(current crowding)導致發光區的縮減，因而降低了光源的發光效能(luminous efficacy)。為解決此問題，在P型半導體層上形成具有低電阻率的透明電極層，以促進電流的散佈。在此結構中，當由P電極墊供應電流時，電流會在進入P型半導體層之前藉著透明電極層而分散，因而增加了LED的發光區域。

然而，由於此種透明電極層有吸光的傾向，透明電極層的厚度受到限制，因而僅能提供有限的電流散佈。尤其，對於為了高輸出而具有1mm² 或者更大區域的大型LED來說，通過透明電極層的電流散佈有其極限。

為了促進在發光二極體中的電流散佈，可使用從電極墊延伸出的延伸部。例如，美國專利第6,650,018號揭露了一種LED，其具有多個從電極接觸部117、127(即電極墊)於相反方向延伸的延伸部，以增進電流散佈。

雖然使用此種延伸部可以增進發光二極體上電流散佈至廣大區域，但在發光二極體上形成電極墊處仍然會產生電流擁擠。

此外，當發光二極體的體積增加時，在發光二極體內存在瑕疵的可能性增加。這些瑕疵例如穿透差排(threading dislocation)、針孔(pin-hole)等提供了電流迅速通過的途徑，因而會擾亂發光二極體中的電流散佈。

本發明之一實施例提供了一種發光二極體，其可防止接近電極墊處的電流擁擠。

本發明之另一實施例提供了一種大型發光二極體，其允許散佈均勻電流(uniform current)於廣大區域。

本發明的附加特徵將於以下說明中提出，且部分由說明中顯而易見，或可藉著實行本發明而習得。

本發明之一實施例中揭露一種發光二極體。此發光二極體包括：基板；在基板上的第一導電型半導體層；在第一導電型半導體層上的第二導電型半導體層；介於第一導電型半導體層及第二導電型半導體層之間的主動層；電性連接至第一導電型半導體層的第一電極墊；在第一導電型半導體層上的第二電極墊；介於第一導電型半導體層及第二電極墊之間的絕緣層，其使第二電極墊與第一導電型半導體層電絕緣。在被電性連接至第二導電型半導體層時，至少一個上延部被連接至第二電極墊。

第一導電型半導體層可為n型氮化物半導體層，而第二導電型半導體層可為p型氮化物半導體層。因此，可防止p電極墊周圍的p型氮化物半導體層上之電流擁擠。此外，p型氮化物半導體層上可具有透明電極層，且上延部可位於此透明電極層上。

第一導電型半導體層可包括至少一個藉由對第二導電型半導體層及主動層進行台面刻蝕(mesa etching)而暴露的區域，且第二電極墊可位於第一導電型半導體層的暴露區域上。

連接部可連接上延部至第二電極墊，且經台面刻蝕的第二導電型半導體層和主動層的側面藉絕緣層而與連接部絕緣。

絕緣層可延伸至第二導電型半導體層之上表面，使得絕緣層的邊緣與第二導電型半導體層交疊。

在一些實施例中，至少一部份第二電極墊可位於第二導電型半導體層上。第二電極墊和第二導電型半導體層可藉絕緣層而互相隔離。

第二導電型半導體層與主動層可被分割而定義至少兩個發光區。連接至第二電極墊的上延部可位於此至少兩個之發光區的每一個上。

此至少兩個之發光區可配置在相對於通過第一電極墊與第二電極墊的直線的對稱結構中。因此，此至少兩個之發光區可具相同的輻射特性(radiation characteristics)。

一個或多個下延部可連接至第一電極墊，且至少一個下延部可位在此至少兩個之發光區之間。

在傳統發光二極體中，具有代表性地是，第二電極墊位於第二導電型半導體層上並與之電性連接。結果是，電流聚集在第二電極墊周圍，因此抑制的電流擴散。相反地，根據本發明之實施例，由於第二電極墊是位在第一導電型半導體層上，其可防止在第二電極墊周圍的電流擁擠。此外，第二導電型半導體層被分為多個發光區，因而可使均勻電流散佈於發光區。

應理解的是，前述之一般說明及下述之詳細說明均為示範性及解釋性的，並試圖如所主張之內容而為本發明提供進一步解釋。

在此將更詳細地參照所附用以表示本發明實施例之圖式來描述本發明。然而，本發明可被涵蓋於許多不同形式，而不應被推斷為僅限於此處所提出之實施例。更確切地說，提供這些實施例是用以使揭露於此的內容完整，並向所屬技術領域中具通常知識者充分表達本發明之範圍。為使圖面清楚，於圖式中層和區域之大小與相對大小可能是誇大的。圖式中相似的元件標號代表相似的元件。

要理解的是，當元件例如層、膜、區域或基板被提及是"在另一元件上"時，其可以是直接位在其他元件上或可能有介於中間的元件存在。相對地，當元件被提及是"直接在另一元件上"時，不會有介在中間的元件存在。

圖1是根據本發明的一實施例的一種發光二極體的平視圖，圖2是圖1中沿A-A線截取的剖視圖，而圖3是圖1中沿B-B線截取的剖視圖。

請參照圖1至圖3，發光二極體包括基板21、第一導電型半導體層23、主動層25、第二導電型半導體層27、絕緣層31、第一電極墊35及第二電極墊33以及上延部33a。此發光二極體可更包括連接部33b、透明電極層29以及下延部35a。基板21可為藍寶石基板，但不限於此。

第一導電型半導體層23位在基板21上，第二導電型半導體層27位在第一導電型半導體層23上，而主動層25介於第一與第二導電型半導體層之間。第一導電型半導體層23、主動層25和第二導電型半導體層27可由氮化鎵類化合物半導體材料如(Al,In,Ga)N所形成，但不限 於此。決定主動層25的構成元素和組成以發射具所需波長的光，例如紫外線(ultraviolet ray)或者藍光。第一導電型半導體層23可為n型氮化物半導體層，第二導電型半導體層27可為p型氮化物半導體層，或者反之。

如圖式所示，第一導電型半導體層23及/或第二導電型半導體層27可具單層構造或者多層構造。此外，主動層25可具有單一量子井結構(single quantum well structure)或者多量子井結構(multiple quantum well structure)。此發光二極體可更包括位於基板21和第一導電型半導體層23之間的緩衝層(未示出)。此些半導體層23、25、27可藉由金屬有機化學氣相沉積法(metal organic chemical vapor deposition，MOCVD)或者分子束磊晶法(molecular beam epitaxy，MBE)形成。

透明電極層29可形成在第二導電型半導體層27上。透明電極層29可由銦錫氧化物(indium tin oxide，ITO)或者Ni/Au形成，且與第二導電型半導體層形成歐姆接觸點(ohmic contact)。

第二導電型半導體層27和主動層25可經製程處理，透過微影(photolithography)和蝕刻(etching)而暴露出第一導電型半導體層23的一或多個區域。此種製程一般稱為台面刻蝕(mesa-etching)。台面刻蝕可提供分開的發光區，如圖1和圖2所示。雖然，於此實施例中，此發光二極體具有兩個彼此隔離開的發光區，但發光二極體亦可具有多於兩個的獨立發光區。此外，進行台面刻蝕可形成具 有傾斜度(inclination)在30°至70°範圍的斜側面。

第一電極墊35與第二電極墊33位在經台面刻蝕而暴露的第一導電型半導體層上。第一電極墊35電性連接至第一導電型半導體層23。相反地，第二電極墊33藉著絕緣層31而與第一導電型半導體層23絕緣。第一電極墊35與第二電極墊33為用於接合導線的接合墊(bonding pad)，且具有相當廣的區域可供打線接合。第一電極墊35與第二電極墊33可形成於第一導電型半導體層的暴露區域上，但不限於此。

絕緣層31介於第二電極墊33和第一導電型半導體層23之間，而使第二電極墊33與第一導電型半導體層23絕緣。此外，絕緣層31可覆蓋第二導電型半導體層27和主動層25經台面刻蝕而暴露的側面。絕緣層31可延伸至第二導電型半導體層27的上表面，使得絕緣層31的邊緣與第二導電型半導體層交疊。

上延部33a位在第二導電型半導體層27(或透明電極層29)上。上延部33a可透過連接部33b分別被連接至第二電極墊33，且可被電性連接至第二導電型半導體層27。上延部33a被配置使得均勻電流能散佈於第二導電型半導體層27上。連接部33b藉絕緣層31而從第二導電型半導體層27和主動層25被隔離出來。

可從第一電極墊35延伸至少一個下延部35a。下延部35a位在第一導電型半導體層23上，並與之電性連接。如圖式所示，下延部35a可位在兩個分開之發光區間，但不 限於此。或者，下延部35a可位在發光區之外。

第一電極墊35與第二電極墊33，上延部33a、連接部33b以及下延部35a可由相同材料例如Cr/Au透過同一製程而形成，但其材料不限於此。或者，上延部33a和第二電極墊33可由不同材料以不同製程形成。

於本實施例中，分開的發光區相對於一直線具有對稱結構，此直線例如為位於第一電極墊35和第二電極墊33之間的切割線B-B。上延部33a亦配置於此對稱結構中，使得發光區具有相同的輻射特性。因此，當在單一的發光二極體中的一個發光區被分成兩個發光區時，於使用相互並聯連接的兩個發光區的情況下，此發光二極體的封裝步驟可更為簡化。此外，提供分開的發光區可以減輕因瑕疵造成的電流擁擠，並且透過台面刻蝕所形成的斜側面而增進光提取效率(light extraction efficiency)。

圖4是根據本發明的另一實施例的一種發光二極體的剖視圖。

參照圖4，本實施例中的發光二極體大致與參照圖1至圖3所描述之發光二極體相似。然而，於本實施例的發光二極體中，第二電極墊43的一部份是位在第二導電型半導體層27上。

具體而言，第二電極墊43位在經台面刻蝕而暴露的第一導電型半導體層23上，且一部份的第二電極墊43位在第二導電型半導體層27上。第二電極墊43藉絕緣層31而不僅與第一導電型半導體層23隔離，亦和第二導電型半 導體層27以及主動層25隔離。上延部33a由第二電極墊43延伸出來。

於本實施例中，第二電極墊43藉絕緣層31而與半導體層隔離，藉此防止了第二電極墊43附近的電流擁擠。此外，於本實施例中，經台面刻蝕的區域可相對地減少，藉此增加發光區。

圖5是根據本發明的又一實施例的一種發光二極體的平視圖。

於圖1所示的實施例中，第一電極墊35與第二電極墊33沿著發光二極體的主軸而配置，且發光區沿此發光二極體的主軸而彼此分開。相反地，據此實施例的發光二極體包括沿著發光二極體的主軸而配置的第一電極墊53與第二電極墊55以及沿此發光二極體的主軸而彼此分開的發光區。另外，分開的發光區被配置在對稱結構中，且上延部53a、下延部55a也被配置在對稱結構中。

在本實施例中，上延部53a沿著發光二極體周圍延伸而圍繞發光二極體，且各個上延部53a具有從發光二極體周圍往內延伸的延伸部53b。下延部55a由發光二極體的內側朝發光二極體外延伸。在每一個發光區中，各個下延部55a可分枝而圍繞延伸部53b。

圖6是根據本發明的再一實施例的一種發光二極體的平視圖。

參照圖6，本實施例中的發光二極體大致與參照圖5所描述之發光二極體相似。然而，於本實施例的發光二極體中，下延部65a與上延部63a具有特殊的配置。

具體而言，下延部65a首先沿著發光二極體的周圍延伸，然後延伸入發光區，且各個上延部63a包括兩個延伸部，其配置於各個發光區上，且這兩個延伸部圍繞延伸入發光區的下延部65a。

雖然已描述一些實施例以說明本發明，但應理解的是，關於電極墊與延伸部的配置尚可有各種的修正以及改變。此外，於上述實施例中，發光二極體是被分為兩個發光區，但也可被分為多於兩個的發光區。在一些實施例中，發光區彼此之間可不完全地分開。換句話說，部份的發光區可彼此相連接。

雖然本發明已參照一些實施例連結圖式而被說明，顯然對於該領域中具有通常知識者而言，在不脫離本發明之精神與範圍內，可進行各種的修正以及改變。因此，應暸解提供這些實施例僅用於說明並且充分揭露本發明，以及使該領域中具有通常知識者徹底理解。因此，若修正與變異不脫離附加的申請專利範圍及其等效範圍，本發明亦涵蓋之。

21．．．基板

23．．．第一導電型半導體層

25．．．主動層

27．．．第二導電型半導體層

29．．．透明電極層

31．．．絕緣層

33．．．第二電極墊

33a．．．上延部

33b．．．連接部

35．．．第一電極墊

35a．．．下延部

43．．．第二電極墊

53．．．第一電極墊

53a．．．上延部

53b．．．延伸部

55‧‧‧第二電極墊

55a‧‧‧下延部

63a‧‧‧上延部

65a‧‧‧下延部

所附圖式是為提供對本發明進一步的了解，其併入並構成本說明書的一部份，圖示本發明之實施例，並和發明說明一併用以解釋本發明之原理。

圖1是根據本發明的一實施例的一種發光二極體的平視圖。

圖2是圖1中沿A-A線截取的剖視圖。

圖3是圖1中沿B-B線截取的剖視圖。

圖4是根據本發明的另一實施例的一種發光二極體的剖視圖。

圖5是根據本發明的又一實施例的一種發光二極體的平視圖。

圖6是根據本發明的再一實施例的一種發光二極體的平視圖。

29．．．透明電極層

33．．．第二電極墊

33a．．．上延部

33b．．．連接部

35．．．第一電極墊

35a．．．下延部

Claims (9)

1. 一種發光二極體，包括：基板；在所述基板上之第一導電型半導體層；在所述第一導電型半導體層上之第二導電型半導體層；介於所述第一導電型半導體層及所述第二導電型半導體層之間的主動層；電性連接至所述第一導電型半導體層的第一電極墊；在所述第一導電型半導體層上的第二電極墊；介於所述第一導電型半導體層及所述第二電極墊之間的絕緣層，所述絕緣層使所述第二電極墊與所述第一導電型半導體層電絕緣；以及至少一個上延部，在所述上延部電性連接至所述第二導電型半導體層時，所述上延部被電性連接至所述第二電極墊，所述第二導電型半導體層與所述主動層被分割以定義至少兩個之發光區，且連接至所述第二電極墊的所述上延部位於所述至少兩個之發光區的每一個上。
2. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體，其中所述第一導電型半導體層為n型氮化物半導體層，而所述第二導電型半導體層為p型氮化物半導體層。
3. 如申請專利範圍第2項所述之發光二極體，更包括： 在所述p型氮化物半導體層上的透明電極層，其中所述上延部位於所述透明電極層上。
4. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體，其中所述第一導電型半導體層包括至少一個藉由對所述第二導電型半導體層及所述主動層進行台面刻蝕而暴露的區域，且所述第二電極墊位於所述第一導電型半導體層的暴露的區域上。
5. 如申請專利範圍第4項所述之發光二極體，更包括：連接所述上延部至所述第二電極墊的連接部，其中經台面刻蝕的所述第二導電型半導體層的側面和所述主動層藉由所述絕緣層而與所述連接部絕緣。
6. 如申請專利範圍第4項所述之發光二極體，其中所述絕緣層延伸至所述第二導電型半導體層之上表面而使得所述絕緣層的邊緣與所述第二導電型半導體層交疊。
7. 如申請專利範圍第6項所述之發光二極體，其中所述第二電極墊的至少一部分位於所述第二導電型半導體層上，且所述第二電極墊和所述第二導電型半導體層藉由所述絕緣層而互相隔離。
8. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體，其中所述至少兩個之發光區配置在相對於通過所述第一電極層與所述第二電極層的直線的對稱結構中。
9. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體，更包括： 連接至所述第一電極墊的一個或多個下延部，其中所述下延部的至少一個是位在所述至少兩個之發光區之間。